1、第三讲 RS232、RS485串行通信接口标准 RS232标准 RS485标准RS232、RS485这两个词经常听到，它究竟是干什么的？在异步串行通信中，通信双方除了要遵守前面所说的异步串行协议外，还必须要求通信的双方采用相同的接口标准，才能进行正常的通信。也就是说串行接口的信号线定义、电气规格等要相同，这些设备才能相互连接。即需要一个统一的串行通信接口。RS232、RS485是目前常用的两种串行通信接口标准5.1、RS-232总线标准RS-232总线标准接口及其电气特性 RS-232C 修改次数 标识号 推荐标准 RS-232是美国EIA制定的一种串行物理接口标准。RS232接口标志主要对串
2、行通信的连接电缆、机械、电气特性信号功能以及传送的过程进行了明确的规定。DTEDTEDCEDCERS232CRS232C电话线双绞线作为一种标准在微机通信接口中得到广泛的应用。最初的想法演变后.对于一般双工通信，只需几条信号线即可实现：一条发送线、一条接收线、一条地线。RS-232C标准规定的数据传输速率为：50、75、100、300、600、1200、2400、4800、9600、19200b/s。信号传输速率为2400b/s时，最大传输距离为15m。属于短距离通信。5.1.1 RS-232C电气特性带37K负载时驱动器输出电平0:+3V+25V,1:-25V+25V不带负载时驱动器输出电平
3、U0-25V25V驱动器通断时输出阻抗300输出短路电流0.5A驱动器转换速率30V/us接收器输入阻抗37K接收器输入电压-25V+25V输入开路时接收器的输出逻辑1输入经300接地时接收器的输出逻辑1+3V输入时接收器的输出逻辑0-3V输入时接收器的输出逻辑1不能识别时过渡区-3V+3V最大负载电容2500PF5.1.2 计算机9芯串口引脚信号功能引脚号信号名称方 向信号功能1DCD*PC机对方PC机收到远程信号2RXDPC机对方PC机接收数据3TXDPC机对方PC机发送数据4DTR*PC机对方PC机准备就绪5GND信号地6DSR*PC机对方对方准备就绪7RTS*PC机对方PC机请求发送数
4、据8CTS*PC机对方对方已经切换到接收状态9RI*PC机对方通知PC机，线路正常 TXD 发送数据 transmitted data RXD 接收数据 received data RTS 请求发送 request to send CTS 允许发送 clear to send DSR 数据装置就绪 DCE ready DTR 数据终端准备好 DTR ready DCD 数据载波检出 receive line signal detector RI 振铃提示 ring indicator 2 TxD(OUT)3RxD(IN)7 GND电平转换3 TxD2 RxDGNDMCUPC/MCU个人计算机与
5、HC08微控制器的通信连接近距离通信15m可用电缆直接相连5.1.3 电平转换注意：C1、C2、C3、C4及V+、V-是电源变换部分。C1、C2、C3、C4须选用钽电容。连接时尽量靠近芯片。提高抗干扰能力。C5是去耦电容，减少芯片对电源噪声的敏感。T1IN、T2IN和R1OUT、R2OUT可分别连接TTL/CMOS电平的单片机的串行发送端TxD和接收端RxD。T1OUT、T2OUT和R1IN、R2IN分别连接到RS-232的PC机串行接收端和发送端。逻辑0逻辑1单片机及PC机电平030Vcc70VccVccRS-232C的电平+5+15V-155V 为什么要电平转换？距离。为什么要使用MAX2
6、32？MAX232芯片内部有一个电源电压转换器，可以把输入的+5V电源电压变换成为RS-232输出电平所需要的正负10V电压，所以，采用此芯片的串行通信系统只需单一的5V电源就可以了。加上价格适中，硬件接口简单。故被广泛采用。68HC08CPUPC机、其他机、其他单片机单片机5.2 RS-485标准随着数字技术的发展，由单片机构成的控制系统日益复杂，尤其是在要求响应速度快、实时性强、控制量多的应用场合，使用多个单片机结合PC机构成分布式系统是个很好的解决方案。另外，RS232接口因其传输速率慢、传送距离短而无法满足通信系统的要求，实际系统中往往使用RS485接口标准。485接口MCU被监测设备
7、485接口MCU被监测设备485接口MCU被监测设备232/485接口卡主控机（PC）PC控制的单片机485现场检测系统RS485总线节点N节点2节点1数据采集轮询节点信息，收集并导入数据库数据采集器5.2.1 RS485总线介绍1、RS-232接口的主要缺点：数据传输速率慢：通常异步通信速率限制在19.2kb/s以下。对于同步系统不能满足传送速率要求。传送距离断：RS-232接口的一般装置之间电缆长度为15m。电缆最长不会超过60m。抗干扰能力差：单端电路的使用无法抑制共模干扰，各信号间易受到串扰。1、单端电路 通信双方的接地电位的电 位差相差比较大。2、最大负载电容12 K负载阻抗37k6
8、0 对共用电电压范围（V）正负25-7+12RS232、RS485标准性能比较5.2.1 接口器件 RS-485 标准接口器件 有：MAX481/483/485/487/488/489/490/491/1487。它们都是用于 RS-485 或 RS-422 标准通信的小功率收发器，使用单一+5V 电源，内含一个发送驱动器和一个接收器。只需用双绞线分别将 A、B、Y 与 Z 同名端相连并接上终端匹配电阻即可实现通信。引脚号符号缩写说明1Shield屏蔽地2RTS+请求发送+3RTS-请求发送-4TXD+发送数据+5TXD-发送数据-6CTS+允许发送+7CTS-允许发送-8RXD+接收数据+9R
9、XD-接收数据-9引脚连接器信号说明半双工通信RS485的驱动接口部分通常由Maxim公司生出的差分平衡器收发芯片MAX483、485、487、489、MAX491、490系列以及SN75LBC184构成。芯片内部均集成了一个驱动器和一个接收器，符合RS422/RS485通信标准。管脚号管脚名称功能说明1RO接收器输出：A-B0.2V,RO=1、A-B+0.2V100-0.2V000输入开路110高阻应用电路RS485网络在总线末端接一个匹配电阻，吸收总线上的反射信号，保证信号传输无毛刺。匹配电阻的取值应该与总线的特性阻抗相当。5.2.2 PC COM 接口电路设计 利用已有的 COM1 或
10、COM2 串行口。首先需将 COM1/COM2 串行口的 RS-232 标准电平转换为与 TTL 电平兼容的 RS-485 标准电平，可以使用前面介绍的 MC1488/1489 或 MAX232 等电平转换器件。RS-232 RxD-RS-485 RO RS-232 TxD -RS-485 DI RS-232 DTR-RS-485/RE RS-232 RTS-RS-485 DE 5.2.3 接地与匹配1、接地问题 当使用环境较恶劣，传输距离较远或传输速率很高时，建议使用带屏蔽线的双绞线电缆，屏蔽线作为地线，且在电缆的一端（如主站一端）应可靠地接入大地，电缆的另一端（如从站一端）则悬空。因为电缆
11、两端接地时的电位不可能完全相等，所以会在屏蔽线中产生地电流而产生干扰。另一种解决方案时屏蔽线两端都不接地，而是分别通过一个约100欧姆/1W左右的限流电阻将屏蔽线接各自的公共地，即机壳，这样可以抑制地电流地干扰。2、终端匹配 从理论上讲，终端匹配电阻应等于电缆地特性阻抗。才能彻底抑制传输线终端形成的反射现象。3、其它考虑 当传输电缆线处在户外时，必须考虑雷击地问题。应选用抗雷击地芯片，如SN75LBC184。其内部集成了4个瞬间过压保护二极管，可以承受400W的瞬间脉冲功率。5.2.4 RS-485方式构成的多机通信原理一般采用主从式结构：从机不主动发送命令和数据，一切由主机控制。从机之间不能
12、相互通信，即使有信息也需要通过主机转发。通信规则 由于 RS-485 通信是一种半双工通信，发送和接收共用同一物理通道，在任意时刻只允许一台单片机处于发送状态，因此要求应答的单机必须在侦听到总线上呼叫信号已经发送完毕，并且没有其它单机发出应答信号的情况下才能应答。半双工通信对主机和从机的发送和接收时序有严格的要求。如果在时序上配合不好，就会发生总线冲突，使整个系统的通信瘫痪，无法正常工作。要做到总线上的设备在时序上的严格配合，必须遵从以下几项原则：(1)复位时，主从机都应该处于接收状态。芯片的发送和接收功能转换是由芯片的/RE、DE 端控制的。/RE=1，DE=1 时，处于发送状态；/RE=0
13、，DE=0 时，处于接收状态。一般使用单片机的一根口线连接/RE、DE 端。在上电复位时，由于硬件电路稳定需要一定的时间，并且单片机各端口复位后处于高电平状态，这样就会使总线上各个分机处于发送状态，加上电时各电路的不稳定，可能向总线发送信息。因此，如果用一根口线作发送和接收控制信号，应该将口线反向后接入芯片的控制端，使上电时芯片处于接收状态。另外，在主从机软件上也应附加若干处理措施，如上电时或正式通信之前，对串行口做几次空操作，清除端口的非法数据和命令。(2)控制端/RE、DE 的信号的有效脉宽应该大于发送或接收一帧信号的宽度。N 在 RS-485 半双工通信中，由于芯片的发送和接收都由同一器件完成，并且发送和接收使用同一物理通道，必须对控制信号进行切换。控制信号何时为高电平，何时为低电平，一般以单片机的发送完成、接收完成信号作参考。发送时，检测发送完成是否建立起来，当发送完成为高电平后关闭发送功能转为接收功能；接收时，检测接收完成是否建立起来，当接收完成为高电平后，接收完毕，又可以转为发送。
